考虑电磁感应效应的神经元及其网络的动力学研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11672122
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0702.非线性振动及其控制
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The electric activities of neurons are dependent on the complex electrophysiological condition in neuronal system, and it indicates the complex distribution of electromagnetic field could be detected in the neuronal system. According to the Maxwell electromagnetic induction theory, the dynamical behavior in electric activity can be changed due to the effect of internal bioelectricity of nervous system (e.g. fluctuation of ion concentration inside and outside of cell). On the other hand, the electromagnetic flux in the nervous system can be controlled due to electromagnetic radiation when nervous system or media is exposed to external electromagnetic field; furthermore, the collective electric behaviors of neurons could be switched between different modes. This project investigates the problems about modeling the effect of bioelectricity and complex multiscale dynamical properties of nervous system by using the nonlinear science and theory of electro-magnetic induction. It covers, 1) Magnet flux is introduced into the known neuron model and used as additive new variable, so that the response properties for electro-magnetic induction of neuron and network could be described in feasible way. 2) The potential mechanism for magnetic memory of neuron is discussed, and further investigation and verification of the presented model is realized by using FPGA. 3) Transition of multiple modes of neuronal activities in neurons induced by changing bifurcation parameter, the detection of the self-adaptive selection and energy problems when external forcing is imposed on neurons. 4) Synchronization transition of collective behaviors of neurons. These results could give important guidance for cognition, information encoding, and precaution of electromagnetic induction on nervous systems.
神经元电活动与神经系统内复杂的电生理环境密切相关,即神经系统内部存在复杂的电磁场分布。根据麦克斯韦电磁感应理论,神经系统内部的生物电效应(如细胞内外离子浓度涨落)必然对神经元电活动动力学行为产生影响;另一方面,电磁辐射下神经系统或介质的电磁场通量会发生改变,进而引发神经元群体电活动模式的迁移。本项目基于电磁感应理论和非线性科学理论,探究神经系统的生物电效应建模以及复杂多尺度电活动的动力学问题。包括:1) 引入“磁通量”对神经元模型改进,刻画神经元及其神经元网络群体电活动的电磁感应特性;2) 探究神经元磁记忆的机制,改进神经元模型的现场可编程门阵列(FPGA)实现;3)分岔参数诱发的多重放电模式迁移,神经元对外界刺激的自适应性选择机制和能量关联问题;4)神经元群体动力学同步迁移。研究成果可为神经系统的认知,信息编码,电磁辐射预防提供重要信息参考。

结项摘要

神经系统具有复杂的连接结构,不同电磁和生理环境下神经元的模态特征呈现很大差异性。因此,从生物物理角度探究神经元功能连接和自适应性对于认知神经性疾病机理、神经元之间信号和能量输运过程、以及动力学特征等具有重要科学意义。. 主要研究内容:神经元在物理环境下的建模、自突触发育机制和生物功能、哈密顿能量计算和放电模态对哈密顿能量依赖关系、神经元之间场耦合同步、记忆性神经元特征、能量激励下无耦合神经元的同步机理、神经元电路混合突触和场耦合的关联性、功能性神经元建模等。. 重要结果:构建了包含电磁效应的神经元模型、解释了电磁辐射下心脏死亡和休克的两种物理机制,发现神经元在电磁辐射下可以产生多模态并诱发和增强神经元同步。论证了自突触发育的机制和生物功能,即受损的神经元可以通过激活辅助回路来传递电信号,自突触的形成有利于增强神经元的自适应性。在负反馈下,局部神经元被自突触驱动可以在网络中诱发缺陷阻挡信号传递;在正反馈下,局部神经元自突触驱动可以在网络中诱发信号源来调制网络群体行为。解释了微分耦合与积分耦合控制神经元电路和混沌电路的物理依据,为能量注入法控制动力学系统提供了依据。设计了能感知光信号、热信号和外磁场信号的神经元模型和电路、研究了功能性神经元电活动的随机动力学。论证了场耦合对神经元同步稳定性和斑图的作用,为设计可控性的混合突触提供了参考。.发表相关研究论文40余篇被SCI收录,课题组4名硕士毕业生学位论文被评为甘肃省优秀硕士论文,部分研究成果获得2018年甘肃省自然科学奖二等奖。

项目成果

期刊论文数量(47)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Formation of Autapse Connected to Neuron and Its Biological Function
神经元连接的Autapse的形成及其生物学功能
  • DOI:
    10.1155/2017/5436737
  • 发表时间:
    2017-02
  • 期刊:
    Complexity
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Wang Chunni;Guo Shengli;Xu Ying;Ma Jun;Tang Jun;Alzahrani Faris;Hobiny Aatef
  • 通讯作者:
    Hobiny Aatef
Synchronization dependence on initial setting of chaotic systems without equilibria
同步依赖于无平衡混沌系统的初始设置
  • DOI:
    10.1016/j.chaos.2018.03.024
  • 发表时间:
    2018-05
  • 期刊:
    Chaos Solitons & Fractals
  • 影响因子:
    7.8
  • 作者:
    Wu Fuqiang;Zhou Ping;Alsaedi Ahmed;Hayat Tasawar;Ma Jun
  • 通讯作者:
    Ma Jun
Field coupling-induced wave propagation and pattern stability in a two-layer neuronal network under noise
噪声下两层神经元网络中场耦合引起的波传播和模式稳定性
  • DOI:
    10.1142/s0217979218502983
  • 发表时间:
    2018-10
  • 期刊:
    International Journal of Modern Physics B
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Qin Huixin;Ma Jun;Ren Guodong;Zhou Ping
  • 通讯作者:
    Zhou Ping
Synchronization and wave propagation in neuronal network under field coupling
场耦合下神经网络的同步和波传播
  • DOI:
    10.1007/s11431-018-9268-2
  • 发表时间:
    2018-07
  • 期刊:
    Science China Technological Sciences
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Lv Mi;Ma Jun;Yao YuanGen;Alzahrani Faris
  • 通讯作者:
    Alzahrani Faris
Selection of spatial pattern on resonant network of coupled memristor and Josephson junction
忆阻器和约瑟夫森结耦合谐振网络空间模式的选择
  • DOI:
    10.1016/j.cnsns.2018.05.018
  • 发表时间:
    2018-12
  • 期刊:
    Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Ge Zhang;Fuqiang Wu;Tasawar Hayat;Jun Ma
  • 通讯作者:
    Jun Ma

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其他文献

草原生态治理要素集聚对治理能力的影响——以内蒙古盟市为例
  • DOI:
    10.13881/j.cnki.hljxmsy.2019.12.0303
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    黑龙江畜牧兽医
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马军;胡童
  • 通讯作者:
    胡童
某中型客车传动系异常振响问题分析和控制
  • DOI:
    10.19356/j.cnki.1001-3997.2017.08.016
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    机械设计与制造
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    侯俊剑;马军;肖艳秋;何文斌
  • 通讯作者:
    何文斌
基于CEEMD和FastICA的滚动轴承故障诊断研究
  • DOI:
    10.13382/j.jemi.b1901970
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    电子测量与仪器学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴涛;姜迪;吴建德;马军
  • 通讯作者:
    马军
淋巴细胞减少其联合免疫重建和瘤
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中华肿瘤杂志 2005, 27(12):708-712
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马军;王一理;HU Hongming;Ber
  • 通讯作者:
    Ber
K波段常温接收机噪声注入定标方法分析研究
  • DOI:
    10.14005/j.cnki.issn1672-7673.20200513.002
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    天文研究与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王凯;闫浩;段雪峰;马军;陈卯蒸;王洋;曹亮;陈晨雨;李鹏
  • 通讯作者:
    李鹏

其他文献

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马军的其他基金

多功能神经元的建模和电磁场耦合过程的动力学问题
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    60 万元
  • 项目类别:
    面上项目
工频电磁场下心电和脑电活动的若干问题研究
  • 批准号:
    11265008
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    56.0 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
单细胞与多细胞的钙离子波随机动力学研究
  • 批准号:
    10747005
  • 批准年份:
    2007
  • 资助金额:
    10.0 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目

相似国自然基金

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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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